Углерод и кремний презентация

Общая характеристика углерода
В. Углерод (Carboneum-рождающий уголь)
1. Характеристика по ПСХЭ.
а) неметалл
б) IV группа, главная подгруппа
в) II период ,2ряд
г) степени окисления -4,0,+2,+4
д) оксиды- СО( не образует кислот)- угарный газ
СО2 ( кислотообразующий) – углекислый газ
е) кислота H2CO3- угольная
ё) образует огромное число соединений с водородом, самое простое СН4 - метан

а) Z=+6
б) +1р=6
в) 0n=12-6=6
г) е=6
д) +6)2)4
2 2 2
е) 1S 2S 2P
Строение атома углерода

Аллотропные модификации углерода
- алмаз,
графит
карбин.

бесцветное кристаллическое вещество с атомной решеткой.
Каждый атом углерода в алмазе окружен четырьмя другими, расположенными от него в направлениях от центра тетраэдра к его вершинам( рис. на доске).
Алмаз имеет высокую твердость, плотность 3,5 г/см2, плохо проводит тепло и практически не проводит электрический ток.
Это самое тугоплавкое природное вещество tпл =3730С.
В чистом виде алмаз сильно преломляет свет.
Его применяют как украшение, а также для резки стекла, бурения горных пород и шлифования особо твердых материалов.
Алмаз

жирное на ощупь вещество черного или серого цвета с металлическим блеском, тугоплавок (плавится под давлением 105 атм и при температуре свыше 3700 °C), электропроводен, мягок, легко расслаивается.
Из графита изготавливают огнестойкие изделия, устойчивые против действия щелочей и расплавленных систем; графитом покрывают формы для литья, чтобы предупредить прилипание к изделию формовой земли; изготавливают электротехнические изделия, карандаши, краски, смазки, антифрикционные материалы и изделия. Графит применяется в атомной технике как замедлитель нейтронов, изоляционный материал
Видоизменения графита, часто встречающиеся в природе- кокс, сажа. древесный уголь.
Графит

Кристаллическая решётка графита
для графита характерна гексагональная кристаллическая решетка. Состоит из параллельных слоев, образованных правильными шестиугольниками из атомов углерода.

Взаимное превращение алмаза и графита
При огромном давлении графит превращается в алмаз, и наоборот при высоких температурах алмаз превращается в графит

Уголь
Видоизменения графита, часто встречающиеся в природе- кокс, сажа, древесный уголь.

аллотропная модификация углерода. Представляет собой черный порошок.
Карбин является полупроводником и его проводимость возрастает под действием света. Впервые карбин получен в 1963 году при каталитическом окислении ацетилена (учеными В. В. Коршак, А. М. Сладковым, В. Ш. Касаточкиным). Позднее карбин обнаружили в природе.
Карбин

Адсорбция-свойство угля и других твёрдых веществ удерживать на своей поверхности пары, газы и растворённые вещества.
Адсорбент- вещество, на поверхности которого происходит адсорбция.
Адсорбция

Противогаз Зелинского
Кроме угля есть другие адсорбенты, например синтетические и природные смолы.
Адсорбция растворённых веществ углем открыта ещё в конце XVIII века русским академиком Ловицем. Изучена она более подробно Зелинским Николаем Дмитриевичем, он и предложил использовать активированный уголь в противогазах.

Химические свойства.
Cвойства окислителя:
а) с металлами образует карбиды
4Al+3C=Al4C3 ( при нагревании)
карбида алюминия получают метан
Al4C3 +12H2O =4Al(OH)3+ 3CH4
Ca+2C=CaC2 ( при нагревании)
Из карбида кальция получают ацетилен
CaC2 + 2H2O= Ca(OH)2 +C2H2
б) с водородом
С +2H2 =CH4 (метан) ( при нагревании)

Свойства восстановителя
в) восстанавливает металлы из их оксидов
CuO + C = CO2 +Cu
г) горит в кислороде с выделением большого количества тепла
2C + O2 = 2CO + Q
C + O2 = CO2 + Q

Кремний и его соединения

Кремний
по распространению в земной коре занимает 2-е место после кислорода (26 %) В природе встречается в виде оксидов, силикатов и алюмосиликатов
его оксиды являются основной частью песка и глины
в виде кристаллов входит в состав горных пород
образует бесцветные кристалла кварца и горного хрусталя
на его основе создано промышленное производство керамики, стекла, цемента
полупроводник

Кремний – кристаллическое вещество темно-серого цвета с металлическим блеском. Кристаллическая решетка кремния напоминает структуру алмаза.

Кристаллическая решётка кремния

Структура
кремния аналогична структуре алмаза. В его кристалле каждый атом окружен четырьмя другими и связан с ними ковалентной связью, которая значительно слабее, чем между атомами углерода в алмазе.
В кристалле кремния даже при обычных условиях часть ковалентных связей разрушается.

Структура связей атома кремния в кристаллической решетке

Строение атома
Si 14 )2e)8e)4e

Соединения кремния
0 +4 +2
Примеры: Si, SiO2, SiO.

Физические свойства кремния
Темно-серые, блестящие, непрозрачные кристаллы
Хрупкий
Твердый
Тугоплавкий,
Плохой проводник тока

Химические свойства кремния
а) восстановительные
1) Si + O2 =SiO2
2) Si + 2CL2 = SiCL4
3) Si + S = SiS2
4)Si + 2H2O (пар) = SiO2 + H2
5)Si + C = SiC (карборунд)
6)Si +2NaOH(конц) + H2O = Na2SiO3 + H2
б) окислительные
Si + 2Ca = Ca2Si

Методы получения кремния
В промышленности кремний получают восстановлением кремнезема SiO2 коксом в электрических печах при 1500-17000С:
SiO2 + 2C  Si + 2CO
В лаборатории:
SiO2 + 2Mg  Si + 2MgO
3SiO2 + 4Al  3Si + 2Al2O3
Чистый кремний получают:
SiCl4 + 2Zn↑  Si + ZnCl2

Применение кремния
материал для электроники
материал для сосудов;
компонент сплавов с
железом;
- сверхчистый кремний –
полупроводник для
солнечных батарей

Соединения кремния
1)Оксид кремния SiO2 (IV) называют также кремнеземом.
Физические свойства:
бесцветное, твердое тугоплавкое вещество (температура плавления 1700°С), твердый

Химические свойства оксида кремния (IV)
Относится к кислотным оксидам:
1. При сплавлении его с твердыми щелочами, основными оксидами и карбонатами образуются соли кремниевой кислоты: метасиликаты.
а) SiO2 + 2NaOH  H2O+ Na2SiO3
б) SiO2 + CaO  CaSiO3
в) SiO2 + Na2CO3  Na2SiO3 + CO2 ↑

2. Реагирует со щелочами в растворе (образует ортосиликаты).
Кип.
SiO2 (ам.)+ 4NaOHNa4SiO4+ 2H2O
3. Взаимодействует только с плавиковой кислотой:
SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O

4. Восстанавливается углеродом, магнием, железом (в доменном процессе). Кип
а) SiO2 + 3C(кокс)SiC+CO
б)SiO2 + 2MgSi+ 2MgO
5. В воде оксид кремния (IV) не растворяется и с ней химически не взаимодействует.

Силикаты
Силикаты – химические соединения, содержащие кремнекислотные остатки различного состава [SinOm].
Основа всех силикатов - кремнекислородный тетраэдр [SiO4],
в центре которого расположен атом кремния, а в вершинах – атомы кислорода.

Применение силикатов
в качестве жидкого стекла - концентрированных растворов силикатов калия и натрия; его используют:
а) при изготовлении клея и водонепроницаемых тканей.
б) при изготовлении кислотоупорных бетонов,
в) изготовления замазок, конторского клея.
г) пропитка тканей, дерева и бумаги для придания им огнестойкости и водонепроницаемости.